薛光雄-泰州大桥三塔悬索桥上部结构安装施工关键技术

泰州大桥三塔悬索桥上部结构安装施工关键技术报告人：薛光雄汇报内容•一、工程概况•二、猫道设计与施工关键技术•三、主缆架设施工关键技术•四、钢箱梁安装施工关键技术•五、结束语第2页共64页泰州长江公路大桥位于长江下游江苏省境内，上游距润扬长江公路大桥约66km，下游距江阴大桥约57km，北接泰州市，南联镇江和常州市。水面宽度约2km，两岸长江大堤相距约2.5km。主桥设计为三塔两跨悬索桥，桥跨组合390m＋1080m＋1080m＋390m。一、工程概况1.1工程简介第3页共64页泰州大桥效果图1.1工程简介一、工程概况第4页共64页泰州大桥效果图1.1工程简介一、工程概况第5页共64页1.1工程简介泰州大桥施工现场照片一、工程概况第6页共64页1.2工程特点中塔合理刚度设计是三塔悬索桥最主要的设计原则，结构特征指标与两塔悬索桥结构不同，是全新的桥梁结构形式。中塔刚度过小桥面挠度过大中塔刚度过大索鞍处主缆可能发生滑移结构设计极端工况一、工程概况第7页共64页中塔索鞍不预偏，边塔索鞍预偏量达2.365m；猫道需要在双主跨水域施工。双主跨连续钢箱梁结构体系，使得中塔无索区钢箱梁体系转换、钢箱梁合拢段安装施工工艺复杂。主缆长约3107米，需要穿越三个塔顶，主缆施工难度比较大。兼具特大跨径悬索桥和新型桥梁结构带来的施工技术难点。猫道设计与施工钢箱梁安装工艺复杂超长主缆索股架设1.3上部结构安装施工难点一、工程概况第8页共64页1.4工程进展情况20092010•2009年12月开始下部土建工作面逐步移交;1月1日开始全桥第一个北锚下游散索鞍吊装;5月10日完成最后一个南塔上游主索鞍吊装。6月17日与18日两主跨先导索先后过江；7月14日开始猫道承重索架设;7月底中塔塔吊拆除完成，牵引系统架设全面开始;9月20日开始第一根基准索股架设;10月8日基准索股垂度调整完成。一、工程概况第9页共64页.1月11日最后一根索股架设完成;2011年2月24日开始紧缆；3月18日紧缆完成；3月23日至4月4日，完成空缆线形测量；4月8日开始索夹安装位置放样和安装、跨缆吊机拼装；5月15日开始钢箱梁吊装；9月28日已完成全桥136段梁段吊装，全桥合拢施工完成。8月22日开始主缆缠丝；10月14日缠丝施工完成；目前正在进行主缆涂装和主缆检修道安装施工。20111.4工程进展情况一、工程概况第10页共64页汇报内容•一、工程概况•二、猫道设计与施工关键技术•三、主缆架设施工关键技术•四、钢箱梁安装施工关键技术•三、结束语第11页共64页通过类比和风洞试验，确定采用无抗风缆+制振系统的猫道系统。桥名主跨跨径猫道型式主桥设计基准风速(重现期100年)猫道承重索参数通道数量通道间距润扬大桥悬索桥1490m连续式U10＝29.1m/s10×φ549149m舟山西堠门大桥1650m连续式U10＝41.12m/s12×φ5411137.5m阳逻长江公路大桥1280m连续式U10＝27.9m/s10×φ547160m日本明石海峡大桥1991m分离式U10＝46m/s6×φ64+6×φ5211166m泰州大桥1080m连续式U10＝31.83m/s10×φ547135m国内外典型无抗风缆+制振系统猫道设计参数2.1猫道设计二、猫道设计与施工关键技术猫道节段模型风洞试验第12页共64页在左右幅对应于主缆中心线下方各设一幅猫道，主跨设置横向通道7道，间距135m。边跨设置横向通道2道，间距约130m。边跨猫道距主缆中心线铅垂方向控制目标距离1.7m，主跨猫道距主缆中心线控制目标距离1.5m，设计宽度4.0m。2.1猫道设计猫道总体布置图二、猫道设计与施工关键技术第13页共64页按猫道承重索在塔顶跨越形式通常将其分为“分离式”和“连续式”两种构造布置形式。按照三塔悬索桥桥跨特点猫道可为“四跨连续”、“两跨连续”(锚碇和中塔处锚固)、“四跨分离”三种结构型式。2.1猫道设计四跨连续四跨分离两跨连续二、猫道设计与施工关键技术第14页共64页2.1猫道设计0.611.41.82.21537415438155031556715631156951575915823158871595116015160781614316207162711633516400四跨连续四跨分离两跨连续0.71.11.51.92.32.73.13.51498915005150211503815054150701508715103151191513515151151671518315199152141523015246152611527715292153081532315338四跨连续四跨分离两跨连续边跨猫道距主缆中心距离（X坐标为里程，Y坐标为高差。单位：m）中跨跨猫道距主缆中心距离（X坐标为里程，Y坐标为高差。单位：m）三种形式猫道的线形比较：二、猫道设计与施工关键技术第15页共64页线形静力与索塔的连接关系构造猫道形式选择四跨连续构造，理由：①猫道线形更接近平行于主缆。②连续式猫道布置方式理论上不会对主塔产生不平衡力。③不需要在中塔塔壁上设置猫道锚固构造。2.1猫道设计二、猫道设计与施工关键技术第16页共64页2.2猫道架设牵引系统设计猫道架设牵引系统总体布置猫道架设工程量比较大，以中塔为界，采用全桥四套独立运行的牵引系统进行猫道架设，仅72天完成了国内最长的多塔多跨猫道架设。二、猫道设计与施工关键技术第17页共64页对于首次提出和应用的迪尼玛纤维绳先导索过江施工技术，2009年12月9日，在泰州大桥夹江桥（F03标）施工水域进行了先导索过江试验。放索装置反张力标定试验先导索过江试验流速测量（1）先导索过江工艺试验二、猫道设计与施工关键技术2.3先导索过江施工第18页共64页通过一系列试验，验证了纤维绳先导索水中线形、流速与张力计算理论假定的可靠性；掌握了先导索水中姿态、反张力设置等正式过江施工的具体参数要求。为先导索正式过江施工，总结了规范化的技术要求和工艺。先导索过江试验先导索过江试验放索装置放索（1）先导索过江工艺试验二、猫道设计与施工关键技术2.3先导索过江施工第19页共64页(2)先导索过江施工2010年6月17、18日分别完成北、南主跨先导索过江施工。充分利用双主跨桥跨特点，先导索施工两主跨先后进行，实现了在长江主航道施工“限航不封航”，最大限度降低了施工对通航的影响，具有显著的推广应用价值。第一步：先导索从北塔塔顶放索平台下放至塔底，人工牵拉绳头，途径栈桥，与牵引交通船连接；放索装置回收散落的多余先导索，等待过江命令。第二步：中塔塔顶10t卷扬机下放Φ22过渡索至塔底，在承台边临时锚固；先导索过江命令发出后，牵引交通船以70m/min左右的速度向中塔牵引先导索，牵引过程中控制先导索下漂距离不大于100m。放索装置第三步：牵引交通船到达中塔并停靠承台，Φ22过渡索与先导索连接，然后解除先导索与交通船的连接。第四步：在北塔塔顶将先导索临时锚固，中塔塔顶10t卷扬机回收Φ22过渡索，将先导索提离水面。第五步：中塔塔顶10t卷扬机继续回收Φ22过渡索，直至先导索跨中最低标高达到60m，先导索架设完成，解除北主跨航道封航。Φ13先导索牵引交通船北塔中塔Φ22过渡索临时锚固10t卷扬机放索装置北塔中塔10t卷扬机放索装置北塔中塔10t卷扬机放索装置北塔中塔10t卷扬机Φ13先导索先导索与过渡索接头Φ22过渡索Φ22过渡索Φ13先导索Φ13先导索先导索与过渡索接头先导索与过渡索接头≥60m速度≈70m/min先导索过江施工流程图二、猫道设计与施工关键技术2.3先导索过江施工第20页共64页先导索过江施工现场照片。塔顶平台先导索放索(2)先导索过江施工二、猫道设计与施工关键技术2.3先导索过江施工第21页共64页先导索过江开始(2)先导索过江施工二、猫道设计与施工关键技术2.3先导索过江施工第22页共64页过江牵引先导索牵引到达中塔与过渡索连接(2)先导索过江施工二、猫道设计与施工关键技术2.3先导索过江施工第23页共64页过渡索提升先导索先导索回牵过渡索到南塔顶(2)先导索过江施工二、猫道设计与施工关键技术2.3先导索过江施工第24页共64页6月18日，南主跨先导索施工从牵引过江开始，到先导索达到通航净空要求，仅用时27分钟。交通船实测牵引力280kgf，降低了对牵引设备能力的要求。先导索漂浮于水面，不受水下障碍物限制。(2)先导索过江施工迪尼玛纤维绳先导索过江施工技术具有以下特点：施工速度快牵引力小不受水下条件限制迪尼玛纤维绳先导索过江施工技术，采用新材料、新工艺、新技术将复杂的施工工艺得到简化，通过流速测量、拉力传感器等使施工过程全程处于受控状态，施工安全快速。二、猫道设计与施工关键技术2.3先导索过江施工第25页共64页主跨猫道承重索采用托架法间接架设。2.4猫道架设施工对于托架设计，增加了侧向限位滚轮设计，减小了猫道承重索与托架型钢的摩擦，降低了空中牵引难度。二、猫道设计与施工关键技术第26页共64页主桥成桥采用1/9垂跨比，猫道承重索张力较小，易变形，面网下滑不畅，采用分段下滑法铺设。其他猫道架设施工工艺为传统两塔悬索桥成熟技术。主跨猫道面层分段下滑铺设架设完成的猫道二、猫道设计与施工关键技术2.4猫道架设施工第27页共64页汇报内容•一、工程概况•二、猫道设计与施工关键技术•三、主缆架设施工关键技术•四、钢箱梁吊装施工关键技术•三、结束语第28页共64页泰州大桥主缆由6跨组成，单根主缆长约3107m，重约7964.55t，由169股91丝预制平行索股组成，单股重量约47t，两根主缆中心距34.8m。主缆构造示意图721mm50.2mm5.2mm西堠门大桥主缆模型三、主缆架设施工关键技术3.1主缆概况第29页共64页索股架设采用双线往复门架拽拉式牵引系统，牵引卷扬机安装在南锚后，存索区和放索装置位于北锚后。索股架设牵引系统总体布置三、主缆架设施工关键技术3.2索股架设牵引系统布置第30页共64页索股架设牵引系统现场主要机具及布置图片。南锚牵引卷扬机布置北锚存放索场布置索股托滚被动放索机构三、主缆架设施工关键技术3.2索股架设牵引系统布置第31页共64页中塔门架导轮组猫道门架及导轮组边塔门架导轮组牵引系统拽拉器三、主缆架设施工关键技术3.2索股架设牵引系统布置第32页共64页(1)新型索股形状保持器的设计传统的形状保持器一般为V型保持器和插片保持器。传统主缆索股形状保持器传统的主缆索股V型形状保持器和插片保持器相邻布置，形状保持效果不理想。在日照情况下迎光面和背光面存在温差导致主缆索股的扭转、多层索股相互挤压，横向限位能力不足等因素，导致插片扭曲。三塔悬索桥索股架设，调索时中塔首先入鞍固定，其它工序与传统两塔悬索桥施工过程类似.下面对提高主缆架设质量和施工效率的一些工艺改进和技术措施给予说明。泰州大桥主缆索股新型形状保持器三、主缆架设施工关键技术3.3提高主缆索股架设质量的技术措施第33页共64页(2)塔顶索股支撑滚筒设计通过增加托滚数量，特制托滚支架，降低支撑高度，增大竖向支撑弯曲半径，并且与猫道滚筒间设置平滑过渡，使得主缆经过的竖向曲线更加平滑，索股与支撑托滚间的压强降低，减少了索股断带和散丝，提高了索股架设质量。泰州大桥主缆索股架设索鞍处支撑滚筒布置三、主缆架设施工关键技术3.3提高主缆索股架设质量的技术措施第34页共64页(3)索股上锚通道和后锚头上锚系统设计上锚通道平缓通道布置，减少断带发生几率。后锚头上锚系统设计为轨道小车式，减少长滚筒式设计的施工成本，避免架空索道式设计不能连续通过锚块小门架的弊端.该设计既减低了施工投入，又提高了施工效率。泰州大桥索股上锚通道和后锚头上锚系统设计三、主缆架设施工关键技术3.3提高主缆索股架设质量的技术措施第35页共64页(4)提高主缆索股架设质量技术措施的实施效果通过一系列工艺改进，索股牵引速度平均超过20m/min，全长超过3100m的主缆索股2.5小时完成，最快一天完成8根（上下游各四根）索股架设，在冬季白天仅8小时的有效作业时间内，通常